PROPOSAL PEMANFAATAN MIKROHIDRO SEBAGAI PEMBANGKIT P EMBANGKIT
ENERGI LISTRIK ALTERNATIF DI PLTU BENETE
Disusun oleh : Sudi Permana Alpha Agustinus Wibowo HP
NB3099 NB NB
PT NEWMONT NUSA TENGGARA BATU HIJAU SUMBAWA 2010
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................................................... 1 Halaman Pengesahan ......................................................................................................................... 2 Daftar Isi ............................................................................................................................................ 3 A. ...............................................................................................Pendahuluan B. ...............................................................................................Dasar Teori C. ...............................................................................................Tujuan D. ...............................................................................................Pra Rancangan E. ................................................................................................ Pembagian Kerja F. ................................................................................................ Rencana Anggaran G. ...............................................................................................Jadwal pelaksaan H. ...............................................................................................Gambar Pra Rancangan
PEMANFAATAN MIKROHIDRO SEBAGAI PEMBANGKIT ENERGI LISTRIK ALTERNATIF PENGGANTI AUXILIARY POWER DI PLTU BENETE A. Pendahuluan
Kebutuhan energi untuk auxiliary di dunia pembangkit, pada PLTU batubara adalah tinggi bila dibanding pembangkit lain. Konsumsi daya tambahan pada PLTU batubara sekitar 13.5% dari total daya yang dihasilkan, atau 2.5 MW dari 25MW per unit boiler. Energi ini digunakan sebagai missal untuk keperluan menjalankan ID fan, FD fan, BFP, compressor, lampu penerangan dll. PLTU Benete sendiri memiliki potensi sumber energi yang ramah lingkungan dan terbarukan yang cukup besar. Salah satu jenis energi baru terbarukan adalah tenaga air skala kecil atau sering disebut dengan mikrohidro yang berasal dari air buangan air laut dari Condenser, yang bisa digunakan sebagai pembangkit listrik kecil. Pembangkit listrik yang demikian disebut Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Disebut mikro karena daya yang dihasilkan tergolong kecil (masih dalam hitungan ratusan kilowatt). Tenaga air ini biasanya berasal dari saluran sungai, saluran irigasi, air terjun alam, atau bahkan sekedar parit asal airnya kontinyu. Prinsip kerjanya adalah memanfaatkan tinggi terjunnya dan jumlah debit air. Teknik dari pembangkit listrik ini sangat sederhana, yaitu menggerakkan turbin dengan memanfaatkan tenaga air. Untuk bisa menggerakkan turbin ini, harus ada air yang mengalir deras karena perbedaan ketinggian. Jika di suatu daerah tidak ada air yang mengalir deras, maka dibuat jalur air buatan misalnya bendungan kecil yang berfungsi sebagai pembelok aliran air. Lalu, air yang mengalir deras akan sanggup menggerakkan turbin yang disambungkan ke generator, sehingga dihasilkanlah energi listrik. Mikrohidro ini bisa dikatakan sebagai teknologi ramah lingkungan karena tidak menghasilkan limbah atau sisa buangan yang berbahaya. Selain itu, bisa mengurangi pemakaian bahan bakar utama. Dan juga akan meningkatkan kepedulian kita dalam pemanfaatan energi alternatif untuk pemenuhan kebutuhan energi sehari-hari. Mikrohidro adalah istilah yang digunakan untuk instalasi pembangkit listrik yang mengunakan energi air. Kondisi air yang bisa dimanfaatkan sebagai sumber daya (resources) penghasil listrik adalah memiliki kapasitas aliran dan ketinggian tertentu dari instalasi. Semakin besar kapasitas aliran maupun ketinggiannya dari istalasi maka semakin besar energi yang bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik. Biasanya Mikrohidro dibangun berdasarkan kenyataan bahwa adanya air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan ketinggian yang memadai. Istilah kapasitas mengacu kepada jumlah volume aliran air persatuan waktu (flow capacity) sedangan beda ketinggian daerah aliran
sampai ke instalasi dikenal dengan istilah head. Mikrohidro juga dikenal sebagai white resources atau "energi putih". Dikatakan demikian karena instalasi pembangkit listrik seperti ini mengunakan sumber daya yang telah disediakan oleh alam dan ramah lingkungan. Secara teknis, Mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber energi), turbin dan generator. Air yang mengalir dengan kapasitas tertentu disalurkan dari ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah instalasi air tersebut akan menumbuk turbin dimana turbin sendiri, dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi mekanik berupa berputamya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan ke generator dengan mengunakan kopling. Dari generator akan dihaslikan energi listrik yang akan masuk ke sistem kontrol arus listrik sebelum dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan lainnya (beban). Begitulah secara ringkas proses Mikrohidro merubah energi aliran dan ketinggian air menjadi energi listrik. Di Power Plant Benete, kita akan memanfaatkan keluaran air laut yang berasal dari 4 pompa RC. Ada dua saluran keluaran yang masing-masing mempunyai debit sekitar 31000 GPM per jam per pompa, atau 62000 GPM per pipa keluaran, jadi total 28163.46 m3/h atau 7.82 m 3/s, dengan ketinggian head dari seal Chamber ke keluaran pipa sekitar 5 meter. Suatu energi yang potensial untuk dimanfaatkan sebagai energi alternative.
B. Dasar Teori
Mikrohidro adalah suatu sistem yang memanfaatkan air yang mengalir, atau dialirkan sedemikian rupa, sehingga dapat menghasilkan energi listrik dalam skala kecil. Komponen pada sistem mikrohidro, tidak jauh berbeda dengan sistem PLTA, yang antara lain adalah: 1. Turbin 2. Altenator atau generator 3. Transmisi roda gigi Sedangkan untuk mendapatkan hasil atau energi listrik yang optimal bisa ditambahkan komponen lain seperti nosel ataupun accumulator untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan. Prinsip kerja sistem mikrohidro adalah: Pertama, aliran air diarahkan ke turbin sedemikian rupa sehingga turbin dapat berputar. Putaran dapat terjadi karena aliran air menabrak sudu-sudu turbin sehingga energi mekanis dari air diubah untuk menggerakkan turbin. Seiring perputaran turbin maka poros turbin pun ikut berputar. Putaran dari poros turbin tidak dapat secara langsung digunakan untuk memutar alternator karena putaran poros harus disesuaikan dengan spesifikasi alternator. Karena itulah
diperlukan adanya transmisi roda gigi, tidak lain untuk menyesuaikan putaran seperti apa yang diinginkan (sesuai dengan spesifikasi alternator). Jika didasarkan pada pemakaian atau tidaknya nosel pada turbin, maka turbin dapat dibedakan menjadi dua yaitu: 1. Turbin Impulse, dan 2. Turbin Reaksi. Turbin impulse menggunakan nosel untuk mempercepat aliran, sedangkan turbin reaksi dapat digunakan tanpa harus membuat nosel. Secara garis besar perbedaan kedua jenis turbin diatas adalah sebagai berikut: Jenis Turbin Keunggulan
Turbin Impulse Efisien pada head tingi Tidak terpengaruh oleh pengotor air
Turbin Reaksi Hasil lebih besar Efisien pada head rendah
Kelemahan
Tidak optimal pada head yang rendah
Perawatan susah dan mahal
Dalam dunia keteknikan dikenal banyak jenis turbin diantaranya adalah Turbin Crossflow Francis, Pelton, Keplan, dan Turgo. Turbin Crossflow atau turbin bangki dapat bekerja baik pada head yang randah serta debit air yang tidak terlalu besar. Turbin Crossflow dapat bekerja effektif pada head 1 meter sampai dengan 12 meter. Banyak kemudahan yang bisa didapatkan dari turbin ini tidak hanya pembuatannya yang mudah dan murah, perawatannya pun tidak mahal dan tidak susah. Turbin Francis terdiri dari sudu sudu pengarah dan sudu jalan yang keduanya terendam dalam air. Turbin jenis ini menggunakan saluran berbentuk rumah keong untuk mengalirkan air. Karena kerumitannya turbin ini tentu sulit untuk dibuat. Turbin Kaplan seperti baling-baling kipas angin listrik. Kelengkungan sudu, jumlah sudu, dan belokan air dalam sudu pada Turbin Kaplan lebih kecil jika dibandingkan dengan Turbin Francis, karena turbin ini digunakan pada kapasitar aliran yang besar dengan head yang kecil. ( Dietzel, 1980)
C. Tujuan
1. Membuat rancangan mikrohidro sebagai penunjang daya tambahan di PLTU batubara Benete yang mampu menghasilkan listrik dengan daya minimal 2 x 100 kilowatt. 2. Bisa dipakai sebagai tenaga cadangan untuk menjalankan kompresor starting air sewaktu terjadi blackout, dimana sering tekanan udara starting air turun sewaktu mesin diesel gagal untuk service. 3. Aplikasi ilmu yang telah dipelajari di plant untuk kepentingan perusahaan dalam hal penyediaan sumber energi listrik.
4. Menciptakan sumber energi listrik dalam skala kecil.
D. Pra Rancangan
Untuk rancangan, ditentukan sebagai berikut: Asumsi perhitungan Q
= 3.91 m³/s
H
= 5m
η
= 50 %
N
= 300 rpm
Pipe dia = 72”
BAGIAN I : TURBIN DAN NOZEL Menentukan Jenis Turbin
Pemilihan turbin kebanyakan didasarkan pada head air yang didapatkan dan kurang lebih pada rata-rata alirannya. Umumnya, turbin impuls digunakan untuk tempat dengan head tinggi, dan turbin reaksi digunakan untuk tempat dengan head rendah. Turbin Kaplan baik digunakan untuk semua jenis debit dan head, efisiensinya baik dalam segala kondisi aliran. Turbin kecil (umumnya dibawah 10 MW) mempunyai poros horisontal, dan kadang dipakai juga pada kapasitas turbin mencapai 100 MW. Turbin Francis dan Kaplan besar biasanya mempunyai poros / sudu vertikal karena ini menjadi penggunaan paling baik untuk head yang didapatkan, dan membuat instalasi generator lebih ekonomis. Poros Pelton bisa vertikal maupun horisontal karena ukuran turbin lebih kecil dari head yang di dapat atau tersedia. Beberapa turbin impuls menggunakan beberapa semburan air tiap semburan untuk meningkatkan kecepatan spesifik dan keseimbangan gaya poros.
Jika didasarkan pada pemakaian atau tidaknya nosel pada turbin, maka turbin dapat dibedakan menjadi dua yaitu: 1. Turbin Impulse, dan 2. Turbin Reaksi. Pada tahap awal, pemilihan jenis turbin dapat diperhitungkan dengan mempertimbangkan parameter-parameter khusus yang mempengaruhi sistem operasi turbin, yaitu :
1.
Potensi daya air
Daya potensial yang tersedia dari tenaga air dihitung dengan rumus: P=γxQxH Dimana: γ = berat jenis air ( N/m3) Q = debit air (m3/s) H = tinggi jatuh air (m) P
= γxQxH = 9800 x 3.91 x 5 =191.6 kW
2.
Daya output turbin
Daya output pada turbin dihitung dengan rumus : P = g x Q x h x eff. turbin
Dimana: P
= Daya (watt)
g
= percepatan gravitasi (9.8 m/s2)
h
= head (m)
Q
= debit air (liter/sekon)
eff. turbin = Efisiensi turbin (untuk tipe crossflow = 0,7-0,8)
Misal efisiensi turbin P teoritis
3.
=
=
60% (untuk turbin hingga 100kW)
(3.91x 5 x 9.81×0.6)
=
115.07 kW
=
154.3 HP
Dimensi turbin
Pemilihan jenis turbin dilakukan dengan menghitung specific speed. Specific speed (ns) didefinisikan sebagai kecepatan putaran per menit dari turbin dengan asumsi semua sisi geometris adalah sebangun, mampu mengangkat 75 kg air per detik hingga ketinggian 1 meter. Specific speed ditentukan dengan rumus sebagai berikut:
Ns = (NxP0,5/(H1,25) Dengan Ns = kecepatan spesifik N = kecepatan turbun ( rpm ) P
= daya turbin ( HP )
H = head (m)
Maka didapat: Ns = ( NxP0,5)/H1,25 = ( 300 x 128.6 0,5)/51,25 = 455.02
Grafik pemilihan tipe turbin Kecepatan spesifik setiap turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin air adalah sebagai berikut: Turbin pelton
12 ≤ Ns ≤ 25
TurbinFrancis
60 ≤ Ns ≤ 300
Turbin Crossflow
40 ≤ Ns ≤ 200
Turbin Propeller
250 ≤ Ns ≤ 1000
Dengan mengetahui kecepatan spesifik turbin maka perencanaan dan pemilihan jenis turbin akan menjadi lebih mudah. Beberapa formula yang dikembangkan dari data eksperimental berbagai jenis turbin dapat digunakan untuk melakukan estimasi perhitungan kecepatan spesifik turbin, yaitu : Turbin pelton (1 jet) Ns = 85.49/H 0.243
(Siervo & Lugaresi, 1978)
Turbin Francis
Ns = 3763/H 0.854
(Schweiger & Gregory, 1989)
Turbin Kaplan
Ns = 2283/H 0.486
(Schweiger & Gregory, 1989)
Turbin Crossfiow
Ns = 513.25/H 0.505
(Kpordze & Wamick, 1983)
Turbin Propeller
Ns = 2702/H 0.5
(USBR, 1976)
Pengelompokan turbin berdasar kecepatan specific menurut Sunarto, M.,1991, hal 60:
Jenis Turbin
Kecepatan Spesifik
Turbin Pelton 1 Nozel
4-20
Turbin Pelton 20 Nozel
20-40
Turbin Pelton 3 Nozel
40-70
Turbin Francis Low Speed
30-82
Turbin Francis Medium Speed
82-250
Turbin Francis High Speed
250-350
Turbin Kaplan/Propeler
270-1000
Turbin Aliran Silang (Crossflow)
42-170
Dari beberapa daftar di atas, bisa disimpulkan bahwa jenis turbin yang sesuai adalah tipe Propeler (Kaplan). Macam-macam Jenis Turbin
Turbin Francis.
Turbin Kaplan
Turbin Bulb
Turbin Pelton
Turbin Pompa
Turbin Ulir
Generator
